CN109596117A - 一种无磁加热的原子气室 - Google Patents

Abstract

一种无磁加热的原子气室，包括磁屏蔽桶，在磁屏蔽桶内放置有原子气室，在磁屏蔽桶内、原子气室外设有加热炉，加热炉放置在加热炉平台上，加热炉平台安装于底座上，在底座上还安装有加热片，铜管一端置于加热片内，另一端穿过磁屏蔽桶置于加热炉内壁；在整个装置外侧设有保温层。本发明采用导热铜管进行热量的传递，这种加热方式能够做到真正无磁噪声，本发明结构简单，并且不引入额外的噪声来源，如光噪声等，使原子气室能很好地工作。

Description

一种无磁加热的原子气室

技术领域

本发明属于一种精密测量装置，特别涉及一种无磁加热的原子气室。

背景技术

精密测量已经走进了量子的时代。在众多的量子测量方法中，光与原子的相互作用，是一种重要的测量手段。如用激光探测原子能级在磁场下劈裂的原子磁力仪，用激光探测原子自旋进动的原子陀螺仪。因此，原子气室成为了众多量子测量仪器的重要组成部分。常用的原子气体，如铷，在室温下饱和蒸汽压较低，需要加热来提高原子数密度。从而原子气室的无磁加热技术成为了一根重要的环节。

现有无磁加热技术可分为三种：

1. 双绞线或多绞线来抵消加热电流带来的磁场。但双绞线并不能像理想情况一样完全抵消正负电流，在精密测量实验中，如原子磁力仪及陀螺仪实验中，发现加热电流仍然带来了磁场噪声，影响测量效果。从而降低了仪器的性能指标。

2. 循环热空气加热。这种加热装置结构复杂，包含循环气泵，空气加热装置，并且容易引入震动噪声。热空气也会导致折射率变化，使得在用光进行探测时容易引人光噪声。

3. 激光加热技术。激光加热能够实现无磁加热，但是因原子存在不同的能级，气室中冲入不同原子气体时，能级可能比较复杂，难以描述，所以加热光可能会产生不需要的能级跃迁，影响测量。同时杂散光可能引入光噪声。 加热功率与光功率及气室结构有关，功率的控制需要考虑较多因素。

发明内容

本发明解决现有技术的不足，提供一种无磁加热的原子气室，这种原子气室结构简单、合理，具有不引入额外的噪声来源的优势。

为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：

一种无磁加热的原子气室，包括磁屏蔽桶，在磁屏蔽桶内放置有原子气室，在磁屏蔽桶内、原子气室外设有加热炉，加热炉放置在加热炉平台上，加热炉平台安装于底座上，在底座上还安装有加热片，铜管一端置于加热片内，另一端穿过磁屏蔽桶置于加热炉内壁；在整个装置外侧设有保温层。

上述的一种无磁加热的原子气室，所述加热片为陶瓷加热片。

上述的一种无磁加热的原子气室，在加热炉外设有磁屏蔽室，在屏蔽室上开设有观察窗。

对于磁力仪及陀螺仪等精密测量实验，为避免磁场噪声，通常是在磁屏蔽筒内进行。为了在磁屏蔽筒内实现无磁加热，并避免前述已有加热方式带来的各种噪声，本发明采用导热铜管进行热传导的加热方式。在磁屏蔽桶外部，用陶瓷加热片加热导热铜管，导热铜管高效地把热量导入磁屏蔽筒内的加热炉，对气室加热。加热炉采用无磁材料制作。

1、加热器件在磁屏蔽筒外部，可以是陶瓷加热片，电热丝等。并且加热器件置于屏蔽桶外，加热电流带来的磁噪声被磁屏蔽桶隔绝，不影响磁屏蔽筒内的测量。并且加热功率的控制可以通过调节加热器件的电功率来实现，简单高效。

2、采用导热铜管作为热量传递的介质。导热铜管能够高效的传递热量，被广泛的用于加热或散热环境中，如电脑cpu的散热等领域。在本发明中，选用导热铜管，将磁屏蔽筒外部加热器件产生的热量，传递到磁屏蔽筒内，用来加热原子气室。热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与制冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在航天、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。

3、加热炉。加热炉位于磁屏蔽筒的内部，包裹原子气室。导热铜管将热量导入加热炉。加热炉升温，均匀加热原子气室。加热炉选用无磁材料制成。非金属的无磁材料，可选用高热导率的氮化铝陶瓷，氧化铝陶瓷，及氮化硼等。

综上，为了更简洁优质的实现原子气室的无磁加热，本发明采用导热铜管进行热量的传递，这种加热方式能够做到真正无磁噪声，本发明结构简单，并且不引入额外的噪声来源，如光噪声等，使原子气室能很好地工作。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明剖视结构示意图。

图中标记为：1磁屏蔽桶，2磁屏蔽室，21观察窗，3加热炉，4原子气室，5导热铜管，6陶瓷加热片，7加热炉底座，8磁屏蔽底座，9加热炉平台。

具体实施方式

参照附图，一种无磁加热的原子气室，包括磁屏蔽桶1，在磁屏蔽桶内放置有原子气室4，在磁屏蔽桶内、原子气室外设有加热炉3，加热炉放置在加热炉平台9上，加热炉平台安装于底座7上，在底座上还安装有加热片6，铜管5一端置于加热片内，另一端穿过磁屏蔽桶置于加热炉内壁；在整个装置外侧设有保温层。所述加热片为陶瓷加热片；在加热炉外设有磁屏蔽室2，在磁屏蔽室上开设有观察窗21。

本发明所用的导热铜管的高导热能力与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量，所以能以较小的温差获得较大的传热率，且结构简单，具有单向导热的特点，特别是由于热管的特有机理，使冷热流体间的热交换均在管外进行，这就可以方便地进行强化传热。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的无磁加热方法作进一步地描述。在原子陀螺仪的实验中：

1.磁屏蔽筒外，选用陶瓷加热片为加热器件。导热铜管镶嵌在铝块中，用陶瓷加热片加热铝块。从而，铝块将热量通过导热铜管，传递到磁屏蔽筒内部。

2.导热铜管通过磁屏蔽筒上的开孔，进入内部。并与氮化硼材质的加热炉相连接。调整陶瓷加热片的加热功率，可调节加热炉的温度，从而实现对加热过程的控制。

3.石英制的玻璃原子气室位于加热炉内。加热炉将原子气室加热，从而获得合适实验的原子数密度。

4.整个装置外围用保温材料包裹，以节约加热功率，稳定加热温度，本例中保温材料选择石棉。

Claims (3)

1.一种无磁加热的原子气室，包括磁屏蔽桶，在磁屏蔽桶内放置有原子气室，其特征在于在磁屏蔽桶内、原子气室外设有加热炉，加热炉放置在加热炉平台上，加热炉平台安装于底座上，在底座上还安装有加热片，铜管一端置于加热片内，另一端穿过磁屏蔽桶置于加热炉内壁；在整个装置外侧设有保温层。

2.如权利要求1所述的一种无磁加热的原子气室，其特征在于所述加热片为陶瓷加热片。

3.如权利要求1所述的一种无磁加热的原子气室，其特征在于在加热炉外设有磁屏蔽室，在磁屏蔽室上开设有观察窗。